Developing a system for down-hole seismic testing together with the CPTU

This paper presents a system for performing down-hole seismic test together with the piezocone test in order to determine the shear wave velocity (Vs) and for calculating the maximum shear modulus (Go); a basic parameter for analyzing the dynamic soil behavior and a reference value of the soil stiffness. The system components are described and tests results for checking the geophone response are also presented, both before and after installation into the probe. The system was used in down-hole tests carried out at three experimental research sites located in the interior of Sao Paulo State, Brazil, where in situ seismic test results are available. The Vs values measured in down-hole tests carried out with this system were consistent with those determined in cross-hole tests and with a commercial seismic piezocone, which enabled to validate the developed system.

粘土中孔隙水压力-圆锥触探试验结果的解释及分析

本文介绍了粘土中孔隙水压力-圆锥触探试验(CPTU)结果的解释方法,结合一实例做了分析比较,并就CPTU资料解释及应用中可能遇到的一些问题进行了讨论。

Avaliação e correlação de parâmetros físicos e mecânicos de um solo residual granítico

Os solos residuais mostram divergências em relação aos solos transportados modelados pelas teorias da Mecânica dos Solos. Estas divergências são em grande parte devido a uma estrutura de cimentação herdada da rocha mãe. Este estudo foi baseado nos resultados obtidos em sondagens mecânicas e ensaios de penetração dinâmica, estática e laboratoriais e consistiu na avaliação e correlação dos parâmetros que determinam o comportamento geomecânico do terreno, como a resistência e a deformabilidade.

Nova metodologia de execução do ensaio SCPTu com avaliação da influência da fonte sísmica quanto à sua dimensão e afastamento

O objectivo deste trabalho consiste na determinação das Ondas de Corte, onda S, através de uma nova metodologia de ensaio do piezocone sísmico, SCPTu. A nova metodologia adoptada de aquisição de dados, consiste na aquisição da onde de corte no movimento ascendente de remoção de varas, após execução do já conhecido ensaio CPTu, ao invés da tradicional aquisição, no movimento descendente, previamente ao acréscimo de nova vara. Além da introdução de uma nova metodologia de aquisição sísmica, tentou-se avaliar a influência da dimensão da fonte geradora da onda de corte e a influência do afastamento das mesmas ao ponto de cravação, do ensaio de penetração estática mencionado. Na avaliação das influências foram usadas três fontes de madeira de secção rectangular, com uma chapa de ferro a topo e diferenciadas entre si pelas dimensões de 1m, 2m e 3m e afastamentos até 4m.

Specific depth cone resistivity measurements to determine soil engineering properties

The University of British Columbia (UBC) began performing piezocone penetration tests (CPTU) with electrical resistivity measurements (RCPTU) in 1989. Since then, RCPTU research at UBC has focused on obtaining geo-environmental parameters such as fluid resistivity and soil engineering properties such as porosity and degree of saturation from measurements of bulk soil electrical resistivity using the empirical relationship proposed by Archie (1942). Within this framework, the paper illustrates and discusses important design and calibration issues for resistivity modules such as the use of isolated circuitry to achieve linear calibrations over large ranges of resistivity. The suitability of RCPTU measurements for determination of geo-environmental and geotechnical parameters are assessed using typical ranges of soil and groundwater properties and methods of isolating individual factors for study are discussed. Illustrative examples of RCPTU research efforts including the environmental characterization of mine tailings, delineation of saline water intrusions in fresh water aquifers and the quality control of geotechnical ground densification are presented throughout the text. It is shown that groundwater temperature and hence ion mobility is not significantly altered by frictional heat generated during piezocone penetration and that ratio-based approaches to monitoring soil porosity can be used to eliminate the requirement for extensive groundwater sampling programs. Lastly, it is shown that RCPTU measurements above the water table can only be made using resistivity modules that are stable over a large range of resistivities and that such measurements are the most difficult to interpret because of grain surface conduction effects and generally unknown fluid resistivities.

The use of slot filter in piezocone tests for site characterization of tropical soils

The use of piezocone tests with a slot filter filled with automotive grease for site characterization of tropical soils is assessed. Laboratory tests using the slot filter filled with automotive grease as well as the conventional porous piezo-element saturated with glycerin were carried out to evaluate the pore pressure (u 2) transducer response. CPTu tests using piezo-elements saturated with glycerin and the slot filter filled with grease were pushed side by side in different research sites in Brazil. Estimates of mechanical and hydraulic soil parameters were made based on pore pressure dissipation curves from using both techniques. Laboratory test results indicate that the pore pressure response using the slot filter with grease was delayed when compared to the piezo-element saturated with glycerin, since grease has a higher viscosity. For tropical soils, the records of u2 in piezocone tests using slot filter with grease presented larger peaks than with porous element saturated with glycerin. Records of u2 using the slot filter above the groundwater table suggest the increase of the degree of saturation in unsaturated zone, where porous filter can be desaturated by suction. The slot filter can be used to help the interpretation of the soil profile with deep groundwater level as well as to help detecting its position for some studied soils. The results shown high repeatability for all study sites. This technique is much easier to handle, especially for tropical soils, where the groundwater table is usually deep and pre-drilling is expensive and time consuming. © 2009 IOS Press.

The resistivity piezocone for high resolution geo-environmental site investigation: A Brazilian example

A suit able decision-making on managing a contaminated site characterization program is strongly dependent of the diagnosis process. A detailed diagnosis can be done based on a Conceptual Site Model (CSM) elaboration using high resolution site characterization tools. The piezocone (CPTu) test is a high resolution tool which allows attaching several specific sensors, like the resistivity probe. This hybrid device is called the resistivity piezocone (RCPTu). A simulated geo-environmental site characterization program was performed on an erosion site using different tools (direct push tools soil samplers, hollow stem auger (HSA) drilling and RCPTu tests) to develop the CSM for a site similar to the Brazilian conditions. It was observed a good agreement between the site profiles interpreted by the different methods. The resistivity sensor attached to the piezocone improved the interpretation and the decision-making process on site was significantly better for the CSM elaboration. The RCPTu test data also allowed identifying the hydrogeological heterogeneities. The present study shows that the RCPTu test is also a useful and powerful tool to development an accurate CSM in a Brazilian condition, especially in an approach that prioritizes high resolution geo-environmental investigation. © 2013 Taylor & Francis Group.

Investigação geoambiental com tomada de decisão em campo utilizando o piezocone de resistividade como ferramenta de alta resolução: Marcos Tanaka Riyis. -

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Piezocone de resistividade: primeiros resultados de investigação geoambiental em solos tropicais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Uso integrato di prove getoecniche sismiche per la caratterizzazione del sottosuolo della Laguna Veneta

Lo studio sviluppato nella tesi fa riferimento all’ampio database sperimentale raccolto presso il sito campione di Treporti (VE), nell’ambito di un progetto di ricerca finalizzato alla caratterizzazione geotecnica del complesso sottosuolo della Laguna Veneta. Il sottosuolo lagunare è infatti caratterizzato da una fitta alternanza di sedimenti a matrice prevalentemente limosa, dal comportamento intermedio fra sabbie e argille. Il progetto di ricerca prevedeva la realizzazione di una vasta campagna di indagini in sito, articolata in più fasi e integrata da un programma sperimentale di laboratorio; nell’area in esame è stato inoltre costruito un rilevato sperimentale in vera grandezza, continuamente monitorato con una sofisticata strumentazione per circa quattro anni, fino alla sua graduale rimozione. Il lavoro di tesi proposto riguarda l’analisi dei dati provenienti dalle numerose prove dilatometriche (DMT) e con piezocono (CPTU) effettuate a Treporti, con particolare riferimento alle prove di tipo sismico (SDMT e SCPTU) realizzate sia prima della costruzione del rilevato sia a seguito della rimozione dello stesso. Rispetto alla prove “tradizionali”, le prove sismiche permettono anche la misura della velocità delle onde di taglio (Vs), la cui conoscenza è richiesta anche dalle recenti Norme Tecniche delle Costruzioni e della quale è possibile risalire agevolmente al modulo di rigidezza elastico a piccolissime deformazioni (G0). L’enorme database raccolto in questo sito offre tra l’altro l’interessante ed inusuale possibilità di mettere a confronto dati ricavati da prove dilatometriche e con piezocono relative a verticali adiacenti, svolte in diverse fasi della storia di carico imposta al sottosuolo dell’area mediante la costruzione del rilevato. L’interpretazione dei dati penetrometrici e dilatometrici è stata fatta utilizzando i più recenti approcci interpretativi proposti nella letteratura del settore. È importante sottolineare che la possibilità di classificare e stimare i parametri meccanici del sottosuolo lagunare a partire da prove diverse ha permesso una valutazione critica delle procedure interpretative adottate e, in taluni casi, ha messo in evidenza i limiti di alcuni approcci, pur se limitatamente al caso specifico in esame. In alcuni casi, grazie all’uso integrato delle prove dilatometriche e penetrometriche è stato possibile mettere a punto specifiche correlazioni alternative a quelle esistenti, calibrate sui dati sperimentali di Treporti.

Geotechnical characterization of mixed sandy and silty soils using piezocone tests: Analysis of partial drainage phenomena and rate effects on the experimental soil response

The cone penetration test (CPT), together with its recent variation (CPTU), has become the most widely used in-situ testing technique for soil profiling and geotechnical characterization. The knowledge gained over the last decades on the interpretation procedures in sands and clays is certainly wide, whilst very few contributions can be found as regards the analysis of CPT(u) data in intermediate soils. Indeed, it is widely accepted that at the standard rate of penetration (v = 20 mm/s), drained penetration occurs in sands while undrained penetration occurs in clays. However, a problem arise when the available interpretation approaches are applied to cone measurements in silts, sandy silts, silty or clayey sands, since such intermediate geomaterials are often characterized by permeability values within the range in which partial drainage is very likely to occur. Hence, the application of the available and well-established interpretation procedures, developed for ‘standard’ clays and sands, may result in invalid estimates of soil parameters. This study aims at providing a better understanding on the interpretation of CPTU data in natural sand and silt mixtures, by taking into account two main aspects, as specified below: 1)Investigating the effect of penetration rate on piezocone measurements, with the aim of identifying drainage conditions when cone penetration is performed at a standard rate. This part of the thesis has been carried out with reference to a specific CPTU database recently collected in a liquefaction-prone area (Emilia-Romagna Region, Italy). 2)Providing a better insight into the interpretation of piezocone tests in the widely studied silty sediments of the Venetian lagoon (Italy). Research has focused on the calibration and verification of some site-specific correlations, with special reference to the estimate of compressibility parameters for the assessment of long-term settlements of the Venetian coastal defences.

Modello numerico di un argine maestro del fiume Po per l'individuazione dei possibili meccanismi di collasso

Il lavoro di tesi eseguito comprende la ricerca sulle problematiche arginali e le tipologie di intervento per la protezione idraulica del territorio. Convenzione n.37/2010 tra AdBPo e Università di Bologna. Campagna di indagini eseguite e caratterizzazione del suolo. Caratterizzazione geologica. Caratterizzazione del modello geotecnico della “sez.6_GU”, che corrisponde alla sezione “S38C” del catasto delle arginature maestre, tramite l’utilizzo delle funzioni di Excel, ed elaborazione dei risultati delle prove con la determinazione dei valori statistici dei vari parametri geotecnici, del livello di falda e delle proprietà fisico-meccaniche dei terreni. Risultati delle prove CPTU U16BR, U17BR e U18BR. Creazione del modello utilizzando dei codici agli elementi finiti Plaxis e GeoStudio per la verifica di stabilità dell’argine soggetto ad una portata di piena con tempo di ritorno Tr pari a 200 anni. Verifiche di stabilità: analisi e risultati della sezione completa per la verifica della stabilità globale; della sezione ridotta per potersi concentrare sul sistema argine-substrato di fondazione (verifica locåale in assenza di area golenale); della sezione ridotta con falda a piano campagna (per individuare se la rottura avviene per il moto di filtrazione oppure per la deformazione del modello soggetto ai carichi agenti); sezione con substrato di fondazione ridotto (per verificare la presenza di eventuali fenomeni di sifonamento modellabili nei software).

Analisi di facies e stratigrafia dei depositi tardo-quaternari della Pianura Padana centrale

La ricostruzione dettagliata dell’architettura stratigrafica e delle facies delle successioni tardo-quaternarie sepolte al di sotto delle pianure alluvionali moderne sta assumendo un’importanza crescente come strumento per le ricostruzioni paleoambientali e paleoclimatiche e per la correlazione dei sistemi deposizionali continentali e costieri, finalizzata alla caratterizzazione geometrica di corpi sedimentari che rappresentano potenziali serbatoi. Un impulso significativo verso la caratterizzazione dell’architettura stratigrafica dei depositi tardo-quaternari del Bacino Padano è stato fornito, negli ultimi quindici anni, da un’intensa campagna di perforazioni operata dal Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli di Regione Emilia-Romagna, nell’ambito della realizzazione della Carta geologica d’Italia in scala 1:50.000. Tuttavia, per ottenere un numero sufficiente di informazioni stratigrafiche è necessario un dataset molto esteso e le perforazioni (sondaggi a carotaggio continuo) presentano costi estremamente elevati. I limiti operativi delle descrizioni dei sondaggi a carotaggio continuo possono essere superati utilizzando metodi indiretti che si basano sullo sfruttamento delle proprietà geotecniche dei depositi tardo-quaternari. In questo lavoro di tesi l’analisi delle caratteristiche geotecniche delle prove CPTU è stata sfruttata per caratterizzare le associazioni di facies della Pianura Padana centrale. Una dettagliata analisi dei log stratigrafici e, in particolare, delle curve di resistenza delle prove CPTU inserite nelle sezioni, la costruzione di sezioni stratigrafiche e un meticoloso lavoro di correlazione basato su 19 datazioni radiometriche, ha rivelato una serie di paleosuoli (inceptisuoli) impilati nei 50-60 m più superficiali della successione tardo-quaternaria della Pianura Padana centrale; questi paleosuoli rappresentano l’unico marker stratigrafico all’interno di una successione costituita prevalentemente da depositi argillosi uniformi. L’analisi delle caratteristiche geotecniche di alcuni paleosuoli e dei loro rapporti con la channel belt del Fiume Po risulta fondamentale per comprendere l’evoluzione recente del Bacino Padano e le caratteristiche geometriche dei corpi sedimentari finalizzata allo sfruttamento di potenziali risorse fluide sotterranee.

Il modello geotecnico del sottosuolo dei comuni costieri da Cesenatico (FC) a Bellaria-Igea Marina (RN).

La presente tesi descrive la messa a punto del modello geotecnico del sottosuolo di una zona dell’Emilia-Romagna che comprende i Comuni di Cesenatico, Gatteo, San Mauro Pascoli, Savignano sul Rubicone e Bellaria-Igea Marina. Il modello si basa principalmente sull'interpretazione delle misure da prove penetrometriche statiche con piezocono e dei sondaggi, unitamente ad un più limitato numero di prove di laboratorio. Nella prima parte della tesi si descrive la geologia dell'area e si illustra il database sperimentale disponibile. Nella seconda parte sono invece analizzate nel dettaglio le prove ai fini della individuazione delle unità stratigrafiche presenti e della successiva caratterizzazione meccanica delle stesse. Il modello è stato costruito in diverse fasi. Nella prima fase sono state elaborate le singole prove penetrometriche: utilizzando approcci interpretativi noti, per lo più di tipo empirico, si è proceduto a classificare i terreni attraversati, sono state preliminarmente individuate alcune le unità stratigrafiche presenti e ad esse sono stati assegnati valori rappresentativi dei parametri meccanici di interesse. Successivamente si è proceduto ad una sintesi delle informazioni e dei risultati conseguiti per le singole verticali di analisi, facendo riferimento ad un certo numero di sezioni longitudinali e trasversali ritenute più significative. In questo modo è stato possibile costruire un modello geotecnico alla scala territoriale, con l'obiettivo non solo di fornire uno strumento utile in una fase preliminare della progettazione geotecnica, ma anche di indirizzare il progettista nell’ottimizzazione delle prove da programmare e nella scelta delle procedure interpretative più idonee per la stima dei parametri meccanici.